JP5448961B2 - 石炭ガス化複合発電プラント - Google Patents
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Description
また、水分を多く含む低品位炭を使用するため、ガス化工程中に大量の熱を水分蒸発のために消費することとなりエネルギー効率が低下して石炭ガス化複合発電プラントの発電効率が低下するという問題があった。
すなわち、本発明に係る石炭ガス化複合発電プラントによれば、石炭をガス化して生成ガスとするガス化炉と、生成ガスが導かれて発電する高温側発電装置と、該高温側発電装置から導出された高温側排ガスと蒸気とが熱交換する熱交換器と、を備え、該熱交換器にて前記高温側排ガスと熱交換した蒸気は、前記ガス化炉へ供給されることを特徴とする。
そこで、本発明では、高温側発電装置から排出された高温側排ガスと蒸気とを熱交換させて、過熱された過熱蒸気をガス化炉へと導くこととした。これにより、水蒸気ガス化反応に必要な蒸気をガス化炉に供給することができる。このガス化炉に供給される過熱蒸気は、ガス化炉内に存在する空気などを燃焼した際に発生する燃焼熱に加えて、吸熱反応に必要な熱の一部として過熱蒸気中の熱を利用することができる。これにより、ガス化炉に供給される石炭の熱量に対するガス化された生成ガスの割合を示す冷ガス効率を改善することができる。したがって、石炭ガス化複合発電プラントのプラント効率を改善することができる。
そこで、低温側排ガスをガス化炉に供給される石炭へと供給することとした。そのため、低温側排ガス中の熱によってガス化炉に供給される石炭を乾燥することができる。したがって、石炭ガス化複合発電プラントの発電効率を改善することができる。また、低品位炭を使用した場合であっても石炭ガス化複合発電プラントのプラント効率を維持することができる。
図1には、本発明の第1実施形態に係る石炭ガス化複合発電プラントの概略構成図が示されている。
図1に示されているように、低品位炭を燃料とする石炭ガス化複合発電プラント(IGCC;Integrated Coal Gasification Combined Cycle)1は、主として、石炭供給設備2と、石炭供給設備2から供給された石炭をガス化する石炭ガス化炉(ガス化炉)6と、石炭ガス化炉6によってガス化された生成ガスの一部を液体燃料に製造する液体燃料製造装置11と、石炭ガス化炉6によってガス化された生成ガスが導かれて発電する固体酸化物燃料電池(高温側発電装置30)12と、固体酸化物燃料電池12から導出された生成ガス(高温側排ガス)と蒸気とが熱交換する蒸気過熱器(熱交換器31)13と、固体酸化物燃料電池12から導出された生成ガスが導かれて発電する低温側ガスタービン(低温側発電装置32)14と、低温側ガスタービン14から導出される排ガス(低温側排ガス)と熱交換して蒸気を発生する排熱回収ボイラ(蒸気発生装置)20とを備えている。
石炭供給設備2は、原料炭である褐炭等の低品位炭が備蓄されている褐炭ホッパ3と、褐炭を乾燥する乾燥器4と、乾燥させた褐炭を微粉砕する微粉炭機5とを備えている。
流動層部7に供給された微粉炭およびチャーは、加熱砂を熱媒体として蒸気過熱器13において発生させた過熱水蒸気によってガス化されて生成ガスとなる。なお、微粉炭の石炭ガス化反応は、微粉炭及びチャー中の炭素が水分と反応して一酸化炭素や水素を生成する吸熱反応である。ここでは、流動層部7内に存在する空気などを燃焼した際に発生する燃焼熱に加えて、この吸熱反応に必要な熱の一部に、過熱水蒸気の熱が用いられる。
流動床熱交換器部9に導かれた排ガスは、流動床熱交換器部9内の加熱砂と熱交換する。排ガスと熱交換した加熱砂は、温度が上昇する。温度が上昇した加熱砂は、流動床熱交換器部9から流動層部7の内部へと導かれる。
一方、ジアチルエタノールアミン系の吸収液に吸収された硫黄分は、硫化水素燃焼炉に導かれて燃焼されて石膏として回収される。
低温側ガスタービン14は、低温側燃焼器(図示せず)と、低温側タービン16と、低温側回転軸19と、低温側圧縮機17と、低温側発電機18とを備えている。
また、排熱回収ボイラ20から導出された排ガスの一部は、前述した乾燥器4と微粉炭機5へと導かれる。
一方、低温側タービン14から導かれた排ガスの温度が約300℃〜400℃と低い場合には、排ガスは、排熱回収ボイラ20へ導かれず、直接、乾燥器4と微粉炭機5とへ導かれる。
固体酸化物燃料電池(高温側発電装置30)12から排出された生成ガス(高温側排ガス)と蒸気とを熱交換させて、過熱された過熱蒸気を石炭ガス化炉(ガス化炉)6へと導くこととした。これにより、水蒸気ガス化反応に必要な蒸気を石炭ガス化炉6に供給することができる。また、過熱蒸気中の熱を吸熱反応に利用することができる。これにより、石炭ガス化炉6に供給される渇炭(石炭)の熱量に対するガス化された生成ガスの割合を示す冷ガス効率を改善することができる。したがって、石炭ガス化複合発電プラント1のプラント効率を改善することができる。
以下、本発明の第2実施形態について説明する。本実施形態の石炭ガス化複合発電プラントは、固体酸化物燃料電池の代わりに高温側ガスタービンを設け、蒸気過熱器の代わりに熱交換器を設ける点で第1実施形態と相違し、その他は同様である。したがって、同一の構成については、同一の符号を付してその説明を省略する。
ガス精製装置10と低温側ガスタービン(低温側発電装置32)21との間には、高温側ガスタービン(高温側発電装置30)22および熱交換器23が設けられている。高温側ガスタービン22と低温側ガスタービン21との間には、熱交換器23が設けられている。
また、高温側タービン24を回転駆動させた排ガスの一部は、高温側タービン24と熱交換器23との間から分岐して流動床熱交換器部9へと導かれる。この流動床熱交換器部9に導かれた排ガスの温度は、約750℃から約1150℃とされる。
熱交換器23から導かれた排ガスは、低温側タービン16へと導かれる。低温側タービン16に導かれた排ガスは、低温側タービン16を回転駆動する。低温側タービン16が排ガスによって駆動されることによって、低温側タービン16に接続されている低温側回転軸19が回転される。
高温側発電装置30には、高温側燃焼器(図示せず)と高温側発電機26とを有する高温側ガスタービン22を、低温側発電装置32には、低温側発電機18を有する低温側ガスタービン21を用いることとした。そのため、高温側発電機26と低温側発電機18とによって発電することができる。したがって、石炭ガス化複合発電プラント1のプラント効率を改善することができる。
2 石炭供給設備
3 褐炭ホッパ
4 乾燥器
5 微粉炭機
6 ガス化炉(石炭ガス化炉)
7 流動床部
8 サイクロン部
9 流動床熱交換器部
10 ガス精製装置
11 液体燃料製造装置
12 固体酸化物燃料電池(高温側発電装置)
13、23、31 蒸気加熱器(熱交換器)
14、21、32 低温側ガスタービン(低温側発電装置)
16 低温側タービン
17 低温側圧縮機
18 低温側発電機
19 低温側回転軸
20 排熱回収ボイラ(蒸気発生装置)
22、30 高温側ガスタービン(高温側発電装置)
24 高温側タービン
25 高温側圧縮機
26 高温側発電機
27 高温側回転軸
Claims (5)
- 石炭をガス化して生成ガスとする循環流動床方式ガス化炉と、
生成ガスが導かれて発電する高温側発電装置と、
該高温側発電装置から導出された高温側排ガスと蒸気とが熱交換する熱交換器と、
前記熱交換器にて熱交換した後の前記高温側排ガスが導かれて発電する低温側発電装置と、
該低温側発電装置から導出された低温側排ガスと熱交換して蒸気を発生する蒸気発生装置とを備え、
該蒸気発生装置にて発生した蒸気は、前記熱交換器へと導かれ、
該熱交換器にて前記高温側排ガスと熱交換した蒸気は、水蒸気ガス化反応に必要な蒸気として、また、石炭ガス化に必要な熱の一部として、前記ガス化炉へ供給される石炭ガス化複合発電プラント。 - 前記ガス化炉と前記高温側発電装置との間には、生成ガスの一部から液体燃料を製造する液体燃料製造装置が設けられる請求項1に記載の石炭ガス化複合発電プラント。
- 前記低温側発電装置から導出される前記低温側排ガスの一部が前記ガス化炉に供給される石炭へと導かれる請求項1または請求項2に記載の石炭ガス化複合発電プラント。
- 前記高温側発電装置は、固体酸化物燃料電池であり、
前記低温側発電装置は、前記熱交換器から導かれる前記高温側排ガスが燃焼される低温側燃焼器と、該低温側燃焼器から排出される前記低温側排ガスが導かれる低温側タービンと、該低温側タービンと同軸上に設けられる低温側圧縮機と、前記低温側タービンに設けられる軸端に接続される低温側発電機とを備える低温側ガスタービンであり、
前記低温側圧縮機によって圧縮された空気は、前記固体酸化物燃料電池へと導かれる請求項1から請求項3のいずれかに記載の石炭ガス化複合発電プラント。 - 前記高温側発電装置は、生成ガスが燃焼される高温側燃焼器と、該高温側燃焼器から排出される前記高温側排ガスが導かれる高温側タービンと、該高温側タービンと同軸上に設けられる高温側圧縮機と、前記高温側タービンに設けられる軸端に接続される高温側発電機とを備える高温側ガスタービンであり、
前記低温側発電装置は、前記高温側タービンの排ガスが導かれる低温側タービンと、該低温側タービンに設けられる軸端に接続される低温側発電機とを備える低温側ガスタービンである請求項1から請求項3のいずれかに記載の石炭ガス化複合発電プラント。
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